Классификация и номенклатура стр 1-52. I классификация и номенклатура органических
 Скачать 1.11 Mb.
|
|
Соединения каждого класса группируются в гомологические ряды. Гомологический ряд - это ряд соединений, обладающих сходными, постепенно изменяющимися химическими и физическими свойствами, имеющих общую молекулярную формулу и отличающихся друг от друга на одну или несколько групп СН2, называемую гомологической разностью. Например, два соседних члена гомологического ряда метана – этан и пропан отличаются на одну группу СН2, а первый член ряда – метан и пятый член ряда – пентан отличаются на четыре группы СН2. Типы углеродных и водородных атомов Каждый атом углерода в алкане удобно классифицировать с точки зрения числа связанных с ним других углеродных атомов. Первичный углеродный атом связан только с одним другим атомом углерода, вторичный атом с двумя, а третичный - с тремя атомами углерода. Атом углерода, связанный с четырьмя другими атомами углерода, называют четвертичным. Например: четвертичный атом углерода третичный атом углерода  первичные вторичный первичные атомы углерода атом углерода атомы углерода Атомы водорода (или любую функциональную группу) называют первичными, если они связаны с первичным атомом углерода, вторичными - если со вторичным и третичными - если связаны с третичным атомом углерода. вторичный атом водорода  первичный атом водорода вторичная первичная гидроксильная группа гидроксильная группа 2. Основы номенклатуры органических соединений На первых этапах развития химии вновь открытым соединениям присваивались, как правило, тривиальные названия, чаще связанные с источником получения, чем со структурой. Такие названия прочно укоренились и до сих пор являются общепринятыми, например, мочевина  выделена из мочи, ацетон  получен сухой перегонкой ацетата калия, фталевая кислота  получена из нафталина.Многие тривиальные названия впоследствии легли в основу систематической номенклатуры. Однако количество новых соединений росло очень быстро, и появилась необходимость связывать название соединения с его строением. Так возникла рациональная номенклатура (радикало-функциональная). Согласно этой номенклатуре, соединение рассматривают как замещённое теми или иными радикалами простейшее соединение данного ряда. Например, ацетон ( ) можно рассматривать как кетон, содержащий два метильных радикала - диметилкетон, анизол ( – как простой эфир, содержащий метильный и фенильный радикал – метилфениловый эфир).По мере развития органического синтеза, для более сложных систем радикало-функциональная номенклатура была непригодна. Возникла необходимость создать такую номенклатуру, в которой название соединения и его структура однозначно соответствовали бы друг другу. В результате была разработана систематическая номенклатура органических соединений, которую часто называют международной, или женевской. Международный союз химии разработал первые правила этой номенклатуры в Женеве в 1892 году. К сожалению, к систематизации приступили после того, как многие широко распространённые соединения уже получили тривиальные названия, утвердившиеся в органической химии. Более того, систематические наименования некоторых соединений настолько сложны, что тривиальные названия их вполне оправданы. Поэтому мы должны ознакомиться с несколькими способами наименования соединений. Международный союз чистой и прикладной химии IUРАС (ИЮПАК) разработал и предложил (1957, 1965 гг.) в качестве официальной научной номенклатуры так называемую номенклатуру ИЮПАК, в основе которой лежат основные положения международной женевской номенклатуры с определёнными поправками и добавлениями. В основу названия соединения по системе ИЮПАК положена углеродная цепь молекулы (открытая или замкнутая в цикл), содержащая кратные связи, максимальное число заместителей. Эту углеродную цепь называют родоначальной структурой. С родоначальной структурой связаны характеристические группы и углеводородные радикалы. Характеристическая группа (функциональная группа) – атом или группа атомов, замещающая атом водорода в родоначальной структуре. Она указывает, к какому классу органических веществ относится данное соединение. Старшая функциональная группа определяет начало нумерации цепи. Порядок старшинства основных функциональных групп следующий:  Главная функциональная группа обозначается в названии цепи суффиксом: например, гидроксильная группа – суффикс «ол», альдегидная группа – «аль», и.т.д. Радикалы и младшие функциональные группы обозначаются префиксами и называются в алфавитном порядке, например: А) углеводородный радикал.  младшие функциональные старшая функциональная группы. группа. Родоначальная структура - гексан, название этого соединения 4-метил-5-нитро-2-хлоргексанол-1. Б)  углеводородные младшие старшая радикалы функциональные функциональная группы группа Родоначальная структура – октадиен, название этого соединения: 6-амино-5-гидрокси-8-фенил-7-этилоктадиен-3,7-он-2. Префиксы, называются в алфавитном порядке, суффикс –он. В дальнейшем в каждом классе органических соединений мы детально рассмотрим основные принципы построения названий этих соединений по номенклатуре ИЮПАК. Для многих соединений, для которых тривиальные и радикало-функциоальные названия до сих пор широко употребляются, мы будем пользоваться и этими номенклатурами. 3. Номенклатура углеводородов А. Алканы Гомологический ряд метана Первые четыре члена ряда имеют случайные, исторически сложившиеся названия. Начиная с пятого члена ряда, в названии углеводорода отражено общее число атомов углерода. Радикал насыщенных углеводородов, имеющий общую формулу CnH2n+1 и обозначаемый буквой R, называется алкилом. Он образуется при удалении из молекулы алкана одного атома водорода.  Название этих радикалов получают, замещая суффикс ан на ил.
Радикалы более сложного строения, чем этильный радикал (С2Н5), имеют изомеры. Так, например, радикал пропил (С3Н7) может иметь следующее строение:  н.пропил изопропил Радикалы бутила (С4Н9) имеют следующее строение:  н.бутил изобутил  втор. бутил трет.бутил Буква «н» (нормальный) перед названием радикала указывает на то, что этот радикал имеет линейное строение, и свободная валентность находится у первичного атома углерода. Приставка «втор.»(вторичный ) означает, что свободная валентность имеется у вторичного атома углерода. Приставка «трет» (третичный) свидетельствует о наличии свободной валентности у третичного атома углерода. Приставка «изо» используется для названия соединений, содержащих не более шести атомов углерода, у которых две метильные группы находятся на конце неразветвлённой цепи. Например,  н.пентан изопентан Далее приводятся основные правила международной номенклатуры ИЮПАК для алканов: 1. выбирается наиболее длинная цепь последовательно связанных между собой атомов углерода (родоначальная структура), содержащая максимальное число заместителей; 2. цепь нумеруется с того конца, где ближе заместитель (сумма номеров боковых заместителей должна быть минимальной); 3. цифрами указывается положение заместителей в цепи; 4.заместители называются в алфавитном порядке, одинаковые заместители объединяются и перед их названием ставят приставку ди-, три- и т.д.. Приставкой ди- обозначают два одинаковых заместителя, приставкой три- - три заместителя, приставкой тетра- -четыре , пента- - пять заместителей. Шесть, семь, восемь и т.д. одинаковых заместителей встречаются редко, их обозначают соответственно приставками гекса-, гепта-, окта- и т.д; 5. если два одинаковых заместителя находятся при одном и том же атоме углерода, номер этого атома повторяется дважды  2,2-диметилбутан Если у одного атома углерода находятся два разных заместителя, номера их не объединяются;  3-метил-3-этилгексан6. в конце называется родоначальная структура по соответствующему алкану. Рассмотрим несколько примеров номенклатуры насыщенных углеводородов в соответствии с перечисленными правилами ИЮПАК. А).  2-метил-3-этилгексан Родоначальная структура – гексан. Эту цепь нельзя нумеровать слева направо, т.к. заместители в этом случае получат большие номера.  НеправильноБ).  Родоначальная структура содержит восемь атомов углерода, здесь возможны два варианта выбора родоначальной структуры: 1).  2)  В первом случае цепь содержит 5 заместителей: три метильных радикала у четвертого и пятого атомов углерода, один этильный радикал у четвертого атома и один изопропильный радикал у третьего атома углерода. Во втором случае в цепи содержится шесть заместителей: четыре метильных радикала у второго, четвертого и пятого атомов углерода и два этильных радикала у третьего и четвертого атомов. Второй вариант правильный, т.к. родоначальная структура содержит большее число заместителей . Углеводород имеет следующее название: 2,4,5,5 – тетраметил-3,4 – диэтилоктан. В)  В этом углеводороде цепь должна быть пронумерована справа налево, т.к. в этом случае сумма номеров заместителей минимальная. Следовательно, название этого углеводорода- 2,2,3,5- тетраметилгексан, сумма номеров заместителей равна 12 (2+2+3+5). При другом порядке нумерации  сумма номеров заместителей равна 16(2+4+5+5). Родоначальная структура не обязательно должна быть прямой, она может быть изогнута в любом направлении. Главное в выборе цепи - максимальная её длина и максимально возможное число заместителей, А)  Родоначальная структура содержит 5 атомов углерода - неверный выбор цепи. Б)  Родоначальная структура содержит 6 атомов углерода - неверный выбор. В) Родоначальная структура содержит 7 атомов углерода  Этот вариант верный, т.к. выбрана наиболее длинная цепь (радикал С2Н5 содержит 2 атома углерода) Углеводород имеет следующее название: 4,4 – диизопропил- 2,5 – диметилгептан. Б. Алкены и полиеновые углеводороды Гомологический ряд этилена
Радикалы, содержащие двойную связь: СН2= СН – этенил, (винил); СН2= СН - СН2 – пропенил, ( аллил). Принцип международной систематической номенклатуры: выбирается наиболее длинная цепь, содержащая максимальное число заместителей и двойную связь. Цепь нумеруется с того конца, где ближе двойная связь. Как и в случае номенклатуры алканов, положение алкильных групп обозначают цифрами, называют их в алфавитном порядке и объединяют одинаковые радикалы. В названии родоначальной структуры суффикс «ан» в соответствующем алкане заменяют на «ен». Положение двойной связи в цепи обозначают одной цифрой (меньшей). Например: А)  5 –метил – 5 – этилгептен – 1. Б)  Вариант Iвыбора родоначальной структуры  Цепь имеет максимальную длину, но двойная связь вне цепи – выбор неверный. Вариант II.  Цепь короче, но двойная связь входит в цепь – выбор правильный. Углеводород имеет следующее название: 4- метил –3– пропилгексен-1 . В).  Цепь содержит шесть атомов углерода, двойная связь находится между третьим и четвёртым атомами углерода при любом порядке нумерации цепи. Вариант 1.  2,3,4 – триметилгексен 3. Вариант II.  3,4,5-триметилгексен-3. В этом варианте порядок нумерации неверный, т.к. метильные радикалы получили большие номера и сумма номеров заместителей равна 12 (3+4+5), а в первом варианте она равна 9 (2+3+4). Номенклатура полиеновых углеводородов Полиеновые углеводороды содержат несколько двойных связей. Родоначальная структура должна быть самой длинной, содержать максимальное число заместителей и, по возможности, все двойные связи. Нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе одна из двойных связей. По системе ИЮПАК полиеновые углеводороды называют также, как алкены, но используют окончание «диен» (если имеются две двойные связи), «триен» - если три связи и т.д. Цифрами указывается положение этих связей. Рассмотрим несколько примеров: 1)  Если выбрать в качестве родоначальной структуры следующую цепь:  Она имеет максимальную длину (8 атомов углерода), но одна из двойных связей не входит в цепь, поэтому необходимо выбрать более короткую цепь, но содержащую все двойные связи.  3,6 – диметил –2, 5 –диэтилгептатриен -1,3,5. 2)  2, 6 –диметил–3– этилоктадиен – 1, 7 Цепь нужно нумеровать справа налево, т.к. при одинаковом положении двойных связей при такой нумерации заместители получат меньшие номера. В. Алкины Для ацетиленовых углеводородов нехарактерны тривиальные названия, но для первых членов гомологического ряда широко распространена радикало-функциональная номенклатура. В этом случае алкины рассматривают как производные ацетилена, в котором атомы водорода замещены на углеводородные радикалы. Гомологический ряд ацетилена
Принцип международной номенклатуры алкинов отличается от номенклатуры алкенов только заменой в родоначальной структуре суффикса «ан» на « ин». Например, приведённые выше гомологи ацетилена по международной номенклатуре имеют названия, указанные в третьей графе таблицы. Рассмотрим несколько примеров номенклатуры алкинов более сложного строения: 1)  2,5,5- триметилгептин -3 Эту цепь нельзя нумеровать слева направо, т.к. в этом случае тройная связь получит больший номер. 2)  Вариант а): цепь пронумерована справа налево, сумма порядковых номеров заместителей равна 21 (2+3+3+6+7) Углеводород имеет следующее название: 2, 6, 7 –триметил -3, 3 –диэтилоктин -4. Вариант б):  Цепь пронумерована слева направо, тройная связь при таком выборе порядка нумерации атомов углерода цепи, как и в варианте «а», находится между третьим и четвёртым атомами углерода, но сумма порядковых номеров заместителей равна 24 (2+3+6+6+7), что существенно больше, чем в варианте «а». Следовательно, вариант «а» - правильный. Г. Углеводороды, содержащие двойную и тройную связь Кратные связи должны входить в родоначальную структуру, цепь нумеруют с того конца, где ближе двойная связь. Родоначальную структуру называют по соответствующему алкену, цифрой указывают положение двойной связи. Тройную связь обозначают, добавляя суффикс «ин» и цифрой указывают положение этой связи в цепи, например: А)  бутен-1-ин-3 Б)  2, 4 –диметилоктадиен -2, 4, - ин-7 В)  2,3 -диметилгексен -2 –ин -4. Д. Циклоалканы и циклоалкены Циклоалканы. Название углеводородов образуется путём прибавления приставки цикло- к названию соответствующего алкана с тем же числом атомов углерода.  цикло- цикло- цикло- цикло- пропан бутан пентан гексан Радикалы циклоалканов называют так же, как радикалы соответствующих ациклических углеводородов, добавляя приставку « цикло»:  циклобутил циклопентил циклогексил Положение заместителей в кольце обозначают цифрами так, чтобы они получили минимальные номера.  1, 3-диметилциклопентан 1, 2- диметил-4-этилциклогексан Циклоалкены. Атомы углерода, соединенные двойной связью, обозначают номерами 1 и 2, например:  3 –этилциклопентен 3- метилциклопентен.  2-метил-3-этилциклогексен сумма номеров заместителей равна 5 (2+3) При другом порядке нумерации (по часовой стрелке)- сумма номеров заместителей больше (1+ 6= 7)  1-метил-6-этилциклогексен Такая нумерация неверна. В циклоалкадиенах (как и в ациклических диенах) цепь нумеруют так, чтобы двойные связи получили меньшие номера.  5, 5 –диметилциклопентадиен-1,3 5, 6 –диметилциклогексадиен-1,3 Е. Ароматические углеводороды Родоначальник ароматических углеводородов – бензол, имеет формулу С6Н6.  Радикал бензола – С6Н5 - называется фенил. Названия производных бензола, содержащих алкильные радикалы, строятся следующим образом: бензольное кольцо нумеруется от одного заместителя к другому кратчайшим путём (по или против часовой стрелки). Названия образуются путём добавления названий алкильных групп к слову бензол, например:  этилбензол 1,2,3-триметилбензол н-пропилбензол Многие алкилзамещённые производные бензола имеют тривиальные названия, которые входят в систематическую номенклатуру, поскольку эти названия широко распространены. Среди наиболее важных такие как: 1) толуол  метилбензол От толуола образуются два важных радикала: а) при удалении одного атома водорода из метильной группы образуется радикал бензил.  б) при удалении одного атома водорода из кольца - радикал толил  2) кумол  изопропилбензол 3) орто-, мета-, пара- ксилолы. Орто-изомерами называют производные бензола, содержащие два заместителя в бензольном кольце у соседних атомов углерода, положение 1 и 2. Мета-изомеры содержат два заместителя в положении 1и 3, пара-изомеры - в положении 1и 4 (подробнее об орто-, мета- и пара- изомерах см. далее в разделе «Сопряжённые системы с замкнутой цепью сопряжения»)  орто-ксилол мета-ксилол пара-ксилол 1,2-диметилбензол 1,3-диметилбензол 1,4-диметилбензол Простейший алкенилбензол (винилбензол) известен под названием стирол.  винилбензол (стирол) Диалкилбензолы с одной метильной группой - соединения типа  иногда называют как производные толуола. пара-этилтолуол мета- н.пропилтолуол Если ароматическое соединение имеет сложную боковую цепь, родоначальной структурой является эта цепь, а не бензольное кольцо. Название таких соединений строится как название обычных ациклических углеводородов, в которых бензольное кольцо рассматривают как заместитель фенил, например,  3-метил-2-фенилпентан. Производные бензола, содержащие кратные связи в радикалах, обычно рассматриваются как производные алкенов (или полиенов), например, А) Б)  аллилбензол 3-фенилпропен 3,3-диметил-2-фенилпентадиен-1,4 4. Номенклатура функциональных производных углеводородов Функциональные производные углеводородов получают, замещая один или несколько атомов водорода в углеводородной цепи на функциональные группы. Все функциональные производные можно разделить на 3 группы: 1ая группа - монофункциональные производные – содержат одну функциональную группу (например, С2Н5ОН, CH3NO2, CH3COOH) 2ая группа- полифункциональные производные - содержат несколько одинаковых функциональных групп, например:  3я группа - гетерофункциональные производные – содержат несколько разных функциональных групп, например:  Номенклатура моно- и полифункциональных соединений Моно- и полифункциональные соединения делят на две группы. 4.1 Производные углеводородов, названия функциональных групп которых обозначаются префиксами
Общий принцип номенклатуры этого класса соединений 1) Выбирается наиболее длинная цепь, содержащая функциональную группу, максимальное число радикалов и кратные связи 2) Если родоначальная структура не содержит кратных связей (двойных и тройных), нумерация цепи начинается с того конца, где ближе функциональная группа. 3) Если родоначальная структура содержит кратные связи, нумерация цепи начинается с того конца, где ближе двойная или тройная связь. 4) Родоначальная структура называется по соответствующему углеводороду, функциональная группа и углеводородные радикалы обозначаются префиксами и называются в алфавитном порядке. А. Галогенопроизводные 1). Галогенопроизводные алканов и циклоалканов Нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе функциональная группа.  3-бром-4-метилгексан  2, 5-диметил-2-хлоргексан  2-метил-1-хлорциклобутан 1-бром-2-метил-4-этилциклопентан 2) Ароматические галогенопроизводные.  Хлорбензол 2, 4-диметил-1-фторбензол фенилхлорметан (бензилхлорид) 3) Полигалогенопроизводные. Если в углеводородной цепи содержится несколько атомов одного и того же галогена, к названию галогена добавляют приставки ди-, три-, тетра- и т.д.  1.2-дихлорпропан 2,2-дихлорпропан 1,3,5-трибромбензол Если в родоначальной структуре находится несколько атомов разных галогенов, их называют в алфавитном порядке. Нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе галоген с меньшим порядковым номером в таблице Менделеева.  2-фтор—3-хлорбутан 4-бром-2,3,4-триметил-2-хлорпентан  2-бром-1,1,1-трифтор-2-хлорэтан Если в родоначальной структуре содержится кратная связь, нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе связь. Галогены и углеводородные радикалы называют в алфавитном порядке.  2-метил-4,5-дихлоргексен-2 4-бром-2-метил-1-фенил-5-хлор- 3-этилпентен-2. Б. Простые эфиры Простыми эфирами называются соединения общей формулы R-O-R (эфиры жирного ряда); R-O-Ar (жирноароматические эфиры); Ar-O-Ar (ароматические эфиры). Для эфиров простого строения широко применяется радикало-функциональная номенклатура. Названия простых эфиров строятся из названия двух групп, связанных с кислородом, и слова эфир.  диэтиловый эфир метилэтиловый эфир дифениловый эфир  метилтрет.бутиловый эфир изопропилфениловый эфир  метилфениловый эфир (анизол) По правилам номенклатуры ИЮПАК, простые эфиры называют как алкоксипроизводные соответствующих углеводородов.  3-метоксигексан этоксибензол этоксиэтан 3-метил-2-феноксибутан  4-метоксипентен-2 В. Тиоэфиры Соединения общей формулы R-S-R. Их можно рассматривать как серусодержащие аналоги простых эфиров. Соединения этого класса называют обычно по номенклатуре ИЮПАК, рассматривая данные тиоэфиры как алкилтиопроизводные соответствующих углеводородов, например,  метилтиометан, 2-метилтиобутан 4-метил-3-метилтиопентен-1  2-метил-3-этил-2-этилтиогексан 2-метилтио-3-фенил- 5-этилгептадиен-1,3 Г. Нитросоединения Если родоначальная структура не содержит кратных связей, нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе нитрогруппа.  4-метил-2-нитропентан 2-метил-1,4-динитро-2-фенилгексан  2,3-диметил-1-нитроциклопентан нитробензол  1,4-динитробензол (пара-динитробензол) Если в углеводородной цепи содержатся кратные связи, нумерацию цепи начинают с того конца, где ближе связь.  4-нитропентен-2 2,3-диметил-7-нитро-5-фенилгептен-3 Д. Амины Амины – это производные аммиака, в котором атомы водорода замещены на углеводородные радикалы. В зависимости от числа атомов водорода, замещённых на радикал, различают первичные, вторичные и третичные амины.  первичный амин вторичный амин третичный амин Названия алифатических аминов образуются прибавлением слова «амин» к названию алкильных групп, связанных с азотом. первичный амин вторичный амин третичный амин  этиламин диметиламин диметилэтиламин Первичные амины более сложного строения называют, прибавляя приставку «амино» к названию сложной углеродной цепи. Функциональную группу и радикалы называют в алфавитном порядке.  2-амино-3-метилбутан 4-амино-5-метил-3-фенилгептен-1 Более сложные амины часто называют, прибавляя приставку амино- (или N-алкиламино, или N,N-диалкиламино) к названию самой сложной цепи, например   2-(N-метиламино)октан 3-метил-2-(N,N-диэтиламино)пентан Ароматические амины, у которых аминогруппа связана с бензольным кольцом, называют как производные анилина или добавляя слово « амин» к названию радикалов.  анилин, N-метиланилин, дифениламин фениламин, метилфениламин. аминобензол. N-метиламинобензол N-фениламинобензол Аминотолуол имеет специальное название – толуидин  орто-толуидин, мета-толуидин, пара-толуидин, 1-амино-2-метил- 1-амино-3-метил- 1-амино-4-метилбензол бензол бензол Номенклатура диаминов Нумерация цепи начинается с того конца, где ближе одна из аминогрупп.  1,4-диаминобутан 1,5-диаминопентан (путресцин) (кадаверин)  1,5-диамино-4-метилгексан Номенклатура непредельных аминов Нумерация цепи начинается с того конца, где ближе кратная связь.  5-амино-2,4-диметилгептен-2  6-амино-2-фенил-3-этилгептадиен-1,4 4.2 Моно- и полифункциональные производные углеводородов, функциональные группы которых в названии цепи обозначаются суффиксами К таким функциональным производным относятся спирты, тиоспирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты. Общий принцип номенклатуры этих классов соединений в системе ИЮПАК следующий: выбирается наиболее длинная цепь, содержащая кратные связи, максимальное число радикалов и функциональную группу данного класса. Цепь нумеруют всегда с того конца, где ближе функциональная группа. Родоначальную структуру называют по соответствующему углеводороду, функциональная группа обозначается в названии суффиксом. В следующей таблице приведены классы соединений, которые изучаются в нашем курсе биоорганической химии, названия их функциональных групп и суффиксов.
|
